21世紀(jì)的垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)目標(biāo)之一,就是用一套DCS系統(tǒng)來控制整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的機(jī)、爐、電以及全廠主要的輔機(jī)系統(tǒng),從而建立覆蓋全廠的高效先進(jìn)的實(shí)時(shí)信息集成監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)行設(shè)備生產(chǎn)過程信息的“全廠一體化” 采集、監(jiān)控和共享。在此方面,和利時(shí)公司做出了有益的嘗試。
為什么多年來,垃圾焚燒爐的往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置都是由可編程控制器PLC控制的呢?這主要是因?yàn)樵S多國(guó)外公司在銷售垃圾焚燒爐的同時(shí),就已經(jīng)把一套控制往復(fù)式機(jī)械爐排液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和給料裝置的軟件下裝到可編程控制器PLC打包賣給了中國(guó)用戶,而這一套可編程控制器PLC及其軟件價(jià)格非常昂貴,并且是完全加密的。
但是從垃圾焚燒爐的燃燒控制角度上來說,這樣做又非常不合理——因?yàn)槔贌隣t的燃燒系統(tǒng)必須根據(jù)主蒸汽流量、主蒸汽溫度、垃圾厚度來同時(shí)調(diào)整垃圾給料量、一、二次風(fēng)量及各段爐排的運(yùn)動(dòng)速度。目前,在我國(guó),大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠的主蒸汽流量和主蒸汽溫度以及一、二次風(fēng)量的調(diào)整都是由DCS系統(tǒng)來完成的;但是垃圾給料量和垃圾焚燒爐的各段(干燥段、燃燒段、燃燼段)液壓驅(qū)動(dòng)爐排的運(yùn)動(dòng)速度又都是由可編程控制器PLC來完成的。也就是說,一個(gè)完整的垃圾焚燒爐燃燒控制系統(tǒng)被人為地割裂了:分別由DCS系統(tǒng)和可編程控制器PLC來實(shí)現(xiàn);然后再以數(shù)據(jù)通訊方式來實(shí)現(xiàn)DCS與PLC的聯(lián)系。在有的項(xiàng)目中,PLC與DCS的通訊量達(dá)到了上萬點(diǎn)。顯然,這種控制方式不合理、不科學(xué),代價(jià)又非常昂貴。并且一旦可編程控制器PLC與DCS系統(tǒng)之間的通訊出故障,那么整個(gè)垃圾焚燒爐的控制就會(huì)出現(xiàn)一系列嚴(yán)重問題,不得不同時(shí)找到DCS系統(tǒng)供應(yīng)商和可編程控制器PLC的供應(yīng)商一起到現(xiàn)場(chǎng)來才能解決問題。
那么,究竟能不能用DCS系統(tǒng)取代可編程控制器PLC直接來控制垃圾焚燒爐的往復(fù)式液壓驅(qū)動(dòng)爐排和給料裝置呢?究竟能不能提供一個(gè)完整的、直接的、全部由DCS組成控制的垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)(包括垃圾焚燒爐的燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)兩大部分)呢?讓我們從垃圾焚燒爐往復(fù)式機(jī)械爐排的主要特點(diǎn)說起吧。
垃圾焚燒爐往復(fù)式機(jī)械爐排的主要技術(shù)特點(diǎn)是什么?
通常,垃圾焚燒爐往復(fù)式機(jī)械爐排主要特點(diǎn)是:爐排的傾斜度向下為25 左右。爐排由兩列爐排片構(gòu)成,每列爐排片中,又分為固定爐排片和可動(dòng)爐排片,相互間隔排列。而可動(dòng)爐排片的逆推運(yùn)動(dòng)是由驅(qū)動(dòng)油缸控制的。當(dāng)可動(dòng)爐排片逆向運(yùn)動(dòng)時(shí),垃圾依靠自身的重力作用,不斷翻轉(zhuǎn)、攪拌、破碎、干燥、燃燒,并向前移動(dòng)。根據(jù)燃燒過程本身的需要,往復(fù)式機(jī)械爐排共分成三段:干燥段、燃燒段、燃燼段;每一段分別配置一對(duì)驅(qū)動(dòng)油缸,來獨(dú)立地控制該段爐排的運(yùn)動(dòng)速度。通常稱為“三驅(qū)動(dòng)”爐排。
必須指出,這些控制爐排運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)油缸,本身是受比例調(diào)節(jié)電磁閥控制的:通常,比例調(diào)節(jié)閥開度增加,就使得液壓驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)速度加快,進(jìn)而導(dǎo)致爐排運(yùn)動(dòng)速度加快;反之,比例調(diào)節(jié)閥開度減小,就使得液壓驅(qū)動(dòng)油缸運(yùn)動(dòng)速度減慢,進(jìn)而導(dǎo)致爐排運(yùn)動(dòng)速度減慢。
與此同時(shí),與三段爐排相對(duì)應(yīng),在每一段爐排下方設(shè)有一個(gè)獨(dú)立的風(fēng)室,各配置一臺(tái)獨(dú)立的變頻調(diào)速一次風(fēng)機(jī);風(fēng)量可以根據(jù)干燥段、燃燒段、燃燼段的不同燃燒狀況來靈活方便地分別調(diào)節(jié)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
由圖1可知,往復(fù)式機(jī)械爐排(逆推爐排)共有三段,因此共配置了3對(duì)驅(qū)動(dòng)油缸(每段一對(duì));并配置了3臺(tái)獨(dú)立的變頻調(diào)速一次風(fēng)機(jī)(每段一個(gè));所以,干燥段、燃燒段、燃燼段各自的逆推爐排運(yùn)動(dòng)速度和風(fēng)量可分別靈活方便地實(shí)現(xiàn)獨(dú)立調(diào)節(jié)。
值得注意的是:傳統(tǒng)的逆推式爐排是不分段的,整個(gè)爐排系統(tǒng)只有一對(duì)驅(qū)動(dòng)油缸。因此無法根據(jù)干燥段、燃燒段、燃燼段三段爐排實(shí)際燃燒情況來要求三段爐排具有不同的速度。同時(shí),由于只有一臺(tái)總的送風(fēng)機(jī),所以控制系統(tǒng)只能控制總的送風(fēng)量,而每一段的一次風(fēng)量往往需要人到現(xiàn)場(chǎng)去進(jìn)行調(diào)整,非常不方便。因此,從燃燒控制角度來看,采用DCS控制的往復(fù)式機(jī)械爐排(三驅(qū)動(dòng)逆推爐排)是對(duì)傳統(tǒng)的單驅(qū)動(dòng)爐排燃燒方式的重大改進(jìn)和創(chuàng)新。
除此之外,在爐膛內(nèi),還單獨(dú)配置了1臺(tái)變頻調(diào)速二次風(fēng)機(jī)。因而可以為往復(fù)式機(jī)械爐排(三驅(qū)動(dòng)逆推爐排)垃圾焚燒爐的風(fēng)量控制提供理想的、科學(xué)的、合理的控制方式。特別是燃燒段的風(fēng)量能夠得到100%的保證,從而確保垃圾在爐膛內(nèi)可以被徹底焚燒掉。而干燥段的一次風(fēng)量可以根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)小一些;燃燼段的一次風(fēng)量可以根據(jù)燃燼情況靈活調(diào)節(jié)。各段爐排速度控制的具體情況可在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中確定,并保存在DCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)之中。傳統(tǒng)的單驅(qū)動(dòng)爐排爐由于只有一臺(tái)總的送風(fēng)機(jī)而導(dǎo)致風(fēng)量調(diào)節(jié)沒有如此方便。此外,由于增加了獨(dú)立的二次風(fēng)機(jī),因此DCS可以根據(jù)鍋爐的煙氣含氧量來調(diào)節(jié)二次風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或者入口檔板的開度,確保垃圾在爐膛里充分燃燒,并使煙氣含氧量達(dá)到環(huán)保部門的標(biāo)準(zhǔn)。
傳統(tǒng)的國(guó)外爐排都是PLC控制,用DCS直接控制爐排液壓系統(tǒng)行嗎?
多年來,進(jìn)口的爐排型垃圾焚燒爐的爐排液壓系統(tǒng)都是由PLC控制的。這主要是因?yàn)閲?guó)外公司在賣垃圾焚燒爐的同時(shí),就把一套控制爐排運(yùn)動(dòng)的PLC及其軟件打包賣給了國(guó)內(nèi)用戶。而這套PLC系統(tǒng)及其軟件價(jià)格非常昂貴,并且保密。而從技術(shù)上來看,PLC主要是在控制爐排液壓系統(tǒng)的比例調(diào)節(jié)電磁閥。而當(dāng)代的DCS系統(tǒng)也完全有能力控制爐排液壓系統(tǒng)的比例調(diào)節(jié)電磁閥。特別是對(duì)和利時(shí)公司來說,已經(jīng)完全有能力控制高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng),因此控制低速運(yùn)行的爐排液壓系統(tǒng)更是輕而易舉的事。
那么,究竟能不能用DCS直接控制爐排的液壓系統(tǒng)呢?實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。和利時(shí)在3個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的成功實(shí)踐回答了這個(gè)問題。
和利時(shí)與常州綠色動(dòng)力環(huán)保集團(tuán)股份有限公司緊密合作,已經(jīng)成功地在江蘇武進(jìn)某垃圾焚燒發(fā)電廠、浙江平陽某垃圾焚燒發(fā)電廠、浙江永嘉某垃圾焚燒發(fā)電廠等,用DCS系統(tǒng)取代可編程控制器PLC直接來控制垃圾焚燒爐的往復(fù)式液壓驅(qū)動(dòng)爐排和給料裝置;為這些工廠提供了一個(gè)完整的、直接的、全部由DCS組成控制的垃圾焚燒爐控制系統(tǒng)。
舉例來說,江蘇武進(jìn)某垃圾焚燒發(fā)電廠已經(jīng)有3臺(tái)垃圾焚燒爐往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置采用DCS系統(tǒng)直接控制順利投運(yùn)。其中,第1臺(tái)垃圾焚燒爐的往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置已經(jīng)正常運(yùn)行5年以上。其余2臺(tái)垃圾焚燒爐的往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置已經(jīng)正常運(yùn)行4年以上。浙江平陽垃圾焚燒發(fā)電廠和永嘉垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾焚燒爐往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置采用DCS系統(tǒng)直接控制已經(jīng)正常運(yùn)行2年以上。
綜上所述,多個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠二年以上的運(yùn)行實(shí)踐證明:DCS系統(tǒng)完全能夠直接控制往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置,而且效果非常好,全部達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。特別是爐排液壓控制系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定,修改程序非常方便,用戶十分滿意。
怎樣才能用DCS系統(tǒng)直接控制往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置的液壓系統(tǒng)?
要使DCS直接控制爐排液壓系統(tǒng)和給料裝置,DCS控制公司就必須對(duì)爐排液壓系統(tǒng)和給料裝置有比較深刻的了解和認(rèn)識(shí)。以江蘇武進(jìn)某垃圾焚燒發(fā)電廠為例,和利時(shí)技術(shù)人員通過對(duì)該廠使用的往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置分析和研究,制定了一整套的控制解決方案。該項(xiàng)目的液壓系統(tǒng)是某液壓控制公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)并提供全套液壓設(shè)備的。為規(guī)范控制接口,該公司要求把他們的部分控制卡件安裝在DCS的現(xiàn)場(chǎng)控制柜內(nèi)。根據(jù)控制要求,DCS系統(tǒng)需要對(duì)液壓設(shè)備的19個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)油缸加以控制:
(1)卡鎖裝置1:?jiǎn)胃祝粏屋S鉸耳;對(duì)破橋裝置1起到卡鎖作用。
(2)卡鎖裝置2:?jiǎn)胃祝粏屋S鉸耳;對(duì)破橋裝置2起到卡鎖作用。
(3)破橋裝置1:雙缸;缸底單耳;運(yùn)行時(shí),垃圾進(jìn)入料斗的左開閉門。
(4)破橋裝置1:雙缸;缸底單耳;運(yùn)行時(shí),垃圾進(jìn)入料斗的右開閉門。
(5)料斗門:雙缸;缸底單耳;啟停時(shí),料斗中部的密封門。
(6)左送料滑板:?jiǎn)胃祝桓椎讍味话牙迫霠t膛的給料裝置。
(7)中送料滑板:?jiǎn)胃祝桓椎讍味话牙迫霠t膛的給料裝置。
(8) 右送料滑板:?jiǎn)胃祝桓椎讍味话牙迫霠t膛的給料裝置。
(9) 左列干燥爐排:?jiǎn)胃祝桓椎讍味荒嫱谱罅懈稍餇t排,速度可調(diào)。
(10)右列干燥爐排:?jiǎn)胃祝桓椎讍味荒嫱朴伊懈稍餇t排,速度可調(diào)。
(11)左列燃燒爐排:?jiǎn)胃祝桓椎讍味荒嫱谱罅腥紵隣t排,速度可調(diào)。
(12)右列燃燒爐排:?jiǎn)胃祝桓椎讍味荒嫱朴伊腥紵隣t排,速度可調(diào)。
(13)左列燃燼爐排:?jiǎn)胃祝桓椎讍味荒嫱谱罅腥紶a爐排,速度可調(diào)。
(14)右列燃燼爐排:?jiǎn)胃祝桓椎讍味荒嫱朴伊腥紶a爐排,速度可調(diào)。
(15)出渣裝置:雙缸;缸底單耳;爐膛底部定時(shí)排渣用。
此外,還有液壓系統(tǒng)的變量泵也納入DCS系統(tǒng)的控制范疇。在綠色動(dòng)力環(huán)保集團(tuán)股份有限公司的積極指導(dǎo)和配合下,和利時(shí)經(jīng)過半年的努力,終于成功地開發(fā)出“往復(fù)式液壓驅(qū)動(dòng)爐排和給料裝置液壓系統(tǒng)控制專用軟件”,并已經(jīng)在武進(jìn)、平陽、永嘉等3個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的往復(fù)式機(jī)械爐排和給料裝置中成功投運(yùn)。
用DCS系統(tǒng)直接控制爐排液壓系統(tǒng)有什么重大意義?
目前,在許多垃圾發(fā)電廠,由于種種原因,仍然采用了大量的PLC。PLC用于開關(guān)量控制非常理想。但是各個(gè)廠家的PLC之間基本上不能實(shí)現(xiàn)相互通訊。并且DCS系統(tǒng)和PLC之間也往往會(huì)出現(xiàn)通訊不暢的問題。這樣,PLC往往就容易變成為一個(gè)個(gè)“自動(dòng)化孤島”。
進(jìn)入21世紀(jì)的垃圾焚燒發(fā)電行業(yè),必須有代表21世紀(jì)水平的垃圾焚燒發(fā)電工程項(xiàng)目。那就是要采用最先進(jìn)的DCS系統(tǒng)和最先進(jìn)的信息集成技術(shù),不僅要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的控制方案,而且要實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的信息管理模式。目標(biāo)之一就是:用一套DCS系統(tǒng),來控制整個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠的機(jī)、爐、電以及全廠主要的輔機(jī)系統(tǒng)(包括爐排液壓系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)、循環(huán)水和工業(yè)水系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、爐內(nèi)加藥系統(tǒng)、鍋爐吹灰系統(tǒng)和空壓機(jī)站等),從而能夠建立覆蓋全廠的高效先進(jìn)的實(shí)時(shí)信息集成監(jiān)控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)所有運(yùn)行設(shè)備生產(chǎn)過程信息的 “全廠一體化” 采集、監(jiān)控和共享。
和利時(shí)與綠色動(dòng)力環(huán)保集團(tuán)股份有限公司緊密合作,已經(jīng)在向上述目標(biāo)前進(jìn)了一大步,今后將逐步實(shí)現(xiàn)“全廠一體化”的控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)。
摘自《自動(dòng)化博覽》2013年6期